タブレットPCで山岳トンネルの岩盤風化を行う鹿島

 日本の建設現場の最前線でも、タブレットが使われ始めている。鹿島は、山岳トンネル工事で、風化変質の度合いを定量的に判定する「風化変質判定システム」を開発。タブレットパソコンを使って、トンネル掘削現場の最前線で活用している。

 山岳トンネルの工事では、「切り羽」と呼ばれる掘削最前面の岩盤の風化度合いを判断する作業が重要だ。岩盤の風化変質が進行すると、岩盤の崩落の危険が高まる。

 そこで風化の度合いによって、トンネル内面を支える鋼材の量や吹き付けコンクリート厚、さらに内側の2次覆工などの「支保パターン」を適切に決めながら施工を進めていく。

 これまでは地質の専門家が現場で変質の程度、割れ目の間隔・状態・向き、わき水の量などを目視で確認し、経験や技能に頼って風化の判定を行っていた。

 これに対して、鹿島が開発した山岳トンネル用の「風化変質判定システム」は、誰でも同じような定量的判定が行える。

 このシステムの「目」となるのがWindows版タブレットパソコンに内蔵されたカメラだ。切り羽の写真を撮影し、画像解析することによって風化変質の度合いを判定できるのが特徴だ。

「風化変質判定システム」の概念図(資料:鹿島)
「風化変質判定システム」の概念図(資料:鹿島)

 風化変質の度合いを判定する決め手となるのは、切り羽の色だ。岩盤の風化は、岩石に含まれている鉱物と浸透水が反応し、粘土鉱物に変わることで進行していく。

 粘土鉱物の色は、茶色、黄色、白色など風化前の鉱物と異なっている。鹿島はタブレットPC上で撮影した写真の色を解析することで、切り羽の風化変質の度合いを「弱風化」から「強風化」まで4段階に分類・色分け表示し、面積比を数値化して表示するシステムを開発した。

 デジタルカメラは色を光の3原色(RGB値)で表現するが、このシステムでは、より色調の比較がしやすい「L*a*b*値」に変換している。システムの開発には、京都大学防災研究所の千木良雅弘教授の指導を受けた。

切り羽の写真(左)の色を画像解析して、風化部分を抽出し、風化度合いごとに色分け表示する(右)(写真:鹿島)
切り羽の写真(左)の色を画像解析して、風化部分を抽出し、風化度合いごとに色分け表示する(右)(写真:鹿島)

 岩盤の風化度合いの判定には、写真に写る岩盤の色がポイントとなるが、トンネル内の照明やフラッシュの違いなどによって色は大きく変わる。そこで、岩盤の写真を撮るときに、色の基準となる3色のカラーバーも一緒に撮影することで色調補正を行っている。

 同社は宮崎県延岡市で施工した南久保山トンネルの低土かぶり部の風化変質評価にこのシステムを使用し、地質専門家の目視と同程度の評価が行えることを確認した。

南久保山トンネルでの切り羽撮影風景。色調補正用のカラーバーも一緒に撮影している(写真:鹿島)
南久保山トンネルでの切り羽撮影風景。色調補正用のカラーバーも一緒に撮影している(写真:鹿島)

画面に表示された風化変質の度合い分布(写真:鹿島)
画面に表示された風化変質の度合い分布(写真:鹿島)

 土木が経験工学と言われるのは、こうした風化変質の判定などがあるからだ。その一方、判定結果には個人差があり、経験のある専門家を現場に配置する必要があるなどの課題もあった。

 切り羽の状態をデジタル写真として記録し、その場で判定するこうした手法の導入は、デジタルカメラとノートパソコンの組み合わせでも不可能ではないが、タブレットパソコンが登場したことで実用性が高まったと言えそうだ。